净化间的定期维护是非常必要的。清洁人员必须要穿着与生产人员一样的洁净服,净化间的清洁器具,包括拖把也要仔细选择。一般家庭使用的清洁器具太脏,无法在净化间使用。而且使用真空吸尘器也要特别注意。在真空吸尘器中的排风系统中,装有HEPA过滤器,现在已经可以在净化间中使用。许多净化间有内置式真空系统来减少清洁时产生的脏东西。

擦拭

擦净工艺工作台需要使用特殊的不脱落的聚酯材质或尼龙制成的抹布,预清洗以减少污染。有些采用异丙醇和去离子水溶液,这些供给方便消除在净化间喷涂清洗器引起的二次污染。

擦拭的程序也是非常关键的。墙面的擦拭要从上到下,桌面要从后向前。用喷壶喷洒的清洁剂,应喷到洁净布表面,而不是被清洁物表面。这样可以减少在晶圆和设备上的不必要的过量喷洒。这样净化间的清洁本身也就成为支持半导体工艺的辅助技术。许多制造厂聘请外部认证公司来确定洁净等级、工作过程、程序文件与控制程序,并加以文件化。净化间维护程序的认证标准时ISO全球净化间标准(ISO 14644-2)。

铜

铜金属化已成为先进甚大规模集成电路器件的优选金属。铜有许多优点,也有一系列不足。在硅晶圆内部的铜污染会引起器件的电性能的灾难。必须将铜工艺区和沉积铜到晶圆隔离开。要将隔离区和隔离工艺设备严格控制,以确保做过铜工艺的晶圆没有进入其他工艺区。

 

晶片表面清洗

 

洁净的晶圆是芯片生产全过程中的基本要求,但并不是在每个高温下的操作前都必须进行的。一般说来,全部工艺过程中高达30%的步骤为晶圆清洗。在这里将要描述的清洗工艺,将贯穿芯片生产的全过程。

晶圆

半导体工艺的发展过程在很多方面可以说是清洗工艺随着对无污染晶圆需求不断增长而发展的过程。晶圆表面有4大常见类型的污染,每一种在晶圆上体现为不同的问题,并可用不同的工艺去除。这四种类型是:

  1. 颗粒;
  2. 有机残留物;
  3. 无机残留物;
  4. 需要去除的氧化层。

通常来说,一个晶圆清洗的工艺或一系列的工艺,必须在去除晶圆表面全部污染物的同时,不会刻蚀或损害晶圆表面。它在生产配置上是安全的、经济的,是为业内可接收的。通常对清洗工艺的设计适用于两种基本的晶圆状况。一种叫做前端工艺线(FEOL),特指那些形成有源电性部件之前的生产步骤。在这些步骤中,晶圆表面尤其是MOS器件的栅区域,是暴露的、极易受损的。

栅极

在这些清洗步骤中,一个极其关键的参数是表面粗糙度。过于粗糙的表面会改变器件的性能,损害器件上面沉积层的均匀性。表面粗糙度是以纳米为单位的表面纵向变差的平方根。2000年的要求是0.15nm,2010年已逐渐降低到0.1nm以下。在FEOL的清洗工艺中,另外一个值得关注的方面是光片表面的电性条件。器件表面的金属离子污染物改变电性特征,尤其是MOS晶体管极易受损。钠连同铁、镍、铜、锌是典型的问题。清洗工艺必须将他们的浓度降至2.5*10的9次方原子每平方厘米以下从而达到2010年的器件需要。铝和钙也是存在的问题,它们在晶片表面的含量需要低于5*10的9次方原子每平方厘米的水平。

粗糙

对于后端工艺线(BEOL)的清洗,除了颗粒问题和金属离子的问题,通常的问题是阴离子、多晶硅栅的完整性、接触电阻、通孔的清洁程度、有机物以及在金属布线中总的短路和开路的数量。这些问题将在以后讨论。光刻胶的去除也是BEOL和FEOL都存在的很重要的一种清洗工艺。

01

不同的化学物质于清洗方法相结合以适应工艺过程中特殊步骤的需要。典型的FEOL清洗工艺在下图中已经列出。所列出的FEOL清洗称为非HF结尾的工艺。其他的类型是以HF去除工艺结尾的清洗。非HF结尾的表面是亲水性的,可以被烘干而不留任何水印,同时还会生成一层薄的氧化膜从而对其产生保护作用。这样的表面也容易吸收较多的有机污染物。HF结尾的表面是厌水性的,在有亲水性表面存在时不容易被烘干而不留水印。

水印

这样的表面由于氢的表面钝化作用而异常稳定。对于HF结尾或非HF结尾的工艺的选择,取决于晶圆表面正在制造的器件的敏感度和通常对清洁程度的要求。

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